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2018/9/12 干货丨锂离子电池固态电解质界面膜(SEI)的研究进展 关键词：锂电池；固态电解质；SEI；进展 作者：梁大宇 来源 ：储能科学与技术 网 拔 开 导读 目前对锂离子电池的研究集中在提高能量密度、倍率和功率性能、循环性能、安全性能以及降低生产制造成本等方面，然而在与锂离子电池相 关的几乎所有研究领域都不可避免的要涉及到对固态电解质界面膜（SEI）的分析与讨论。 1979年PELED等发现碱金属或碱土金属与电解液接触后会立刻形成一层界面膜，具有离子导电性和电子绝缘性，其性质与固态电解液类似，因此首 次提出SEI膜的概念。 1983年PELED等进一步研究后发现电解液中碳酸丙烯酯（PC）溶剂能够在锂金属负极表面被还原形成由双层结构组成的SEI膜，其中靠近电极面的 内层主要由无机物紧密堆积组成，而靠近电解液侧的外层主要由烷基酯类的有机物组成，结构上更加疏松多孔。但是由于锂金属负极循环过程中会不 可避免的产生锂枝晶，引发短路爆炸等严重安全性问题，极大地阻碍了早期锂电池的商业化应用。 随后，研究者们开始尝试使用石墨类负极取代锂金属负极，虽然有效解决了锂枝晶产生的安全性隐患，然而电解液中溶剂化PC分子可以与锂离子共 嵌入到石墨的层间结构中，无法在石墨表面形成稳定的SEI膜。直至1990年，DAHN等发现电解液中的碳酸乙烯酯（EC）溶剂分子能够在石墨负极表 面形成较稳定的SEI膜，有效抑制了溶剂分子的共嵌入，在解决了锂金属负极安全性问题的同时也提高了循环稳定性，最终使得以石墨类负极为代表 的锂离子电池成功实现商业化并沿用至今。 /s?__biz=MzI0ODc5NTQ4NQ tempkey=OTc0X2ExTE5nTGdXZDFJOThoV3JjQ1lYTmFEY05BVkJDT1ItSHU2cmEteXRnYUFEUVA5VF9nZUc1Q2lCVVgxc0JSOFhlM24xLTVNM0VJWUpD … 1/6 由此可见，人们对锂离子电池SEI膜的研究认识过程在整个锂离子电池的发展历程中起到至关重要的作用，稳定SEI膜的产生是锂离子电池能够正常充 放电工作和保障各项电化学性能的前提条件。 本文综述了SEI膜的形成过程机理、影响因素、研究思路及其现状，并对未来潜在的研究方向展望如下：研究新型正极材料表面SEI膜的形成机理以及 作用；探索功能电解液的配方优化，研究新型溶剂、锂盐或添加剂的成膜机理及作用；采用原位分析或理论计算的方法深入研究SEI膜的化学组成和 形貌结构；探索有效的人工SEI膜构建方法并实现SEI膜结构的可控优化。 1 SEI膜的形成过程和反应机理 目前，商用锂离子电池电解液主要由环状或线性碳酸酯类溶剂、锂盐和少量功能添加剂组成，如图1所示，GOODENOUGH等认为电解液的最低未 占有分子轨道能级（LUMO）和最高占有分子轨道能级（HOMO）分别约为1.0 V和4.7 V vs. Li+/Li，当锂离子电池首次化成充电时，负极材料表面 电位不断降低，当低于1.0 V就可以将电解液组分还原分解，其中不溶性的还原分解产物会逐渐沉积在负极材料表面形成SEI膜。 网 拔 开 图1 电解液在电极表面被氧化还原的能级示意图 2 SEI膜的化学组成与形貌结构 由于SEI膜对锂离子电池的各项性能都有重要影响，因此理想的SEI膜应该具有以下的特性要求：①SEI膜的成膜电位必须高于锂离子的嵌入或脱出电 位，从而有效防止溶剂分子的共嵌入；②SEI膜组分不溶于电解液，能够在锂离子电池工作电压和温度范围内保持稳定；具有厚度适中和“刚柔并 /s?__biz=MzI0ODc5NTQ4NQ tempkey=OTc0X2ExTE5nTGdXZDFJOThoV3JjQ1lYTmFEY05BVkJDT1ItSHU2cmEteXRnYUFEUVA5VF9nZUc1Q2lCVVgxc0